“擋板”的變形計

黃全

摘要：對于影子、日月食及小孔成像的原理，學生會機械地說出是因為光沿直線傳播.但實際很多學生并沒有真正理解為什么是因為光沿直線傳播.在本文中，筆者通過擋板的幾種變形，巧妙地設置了各種學生活動，讓學生在輕松愉悅的環境中真正從光路的形成角度理解了這三種現象的形成原理.

關鍵詞：影子；日月食；小孔成像；光沿直線傳播

影子的形成，日食月食的形成以及小孔成像，這些現象的產生都是因為光的直線傳播.不管在哪個版本的教材中，這些現象都是教學重難點，特別是在北師大版本中，還特意強調了日月食形成的光路圖，不僅要求學生理解它們的形成原理，還要明白它們的形成過程.而這三種現象中，影子是隨處可見的；日月食是遠在天邊的；小孔成像是難得一見的；筆者發現雖然它們是三個獨立的現象，但卻又聯系緊密，本文將講解如何利用幾塊非常常見的擋板，由身邊最簡單易懂的現象“影子”入手，慢慢過渡到日月食和小孔成像，由近及遠，由淺入深，從現象到原理，從已知到未知，讓學生經歷從物理現象和實驗中歸納科學規律的過程，搞清知識的來龍去脈，真正做到從生活中來，到生活中去.

1影子的形成

借助幾塊擋板，教師設置以下三個情境，情境一（如圖1）：用手電筒照亮墻壁；情景二（如圖2）：在手電筒和墻壁之間放置兩塊擋板，兩擋板之間開一個大口；情景三（如圖3）：在手電筒和墻壁之間放置一塊擋板；在這三個情境中，要求同學們利用光路圖畫出手電筒能照亮墻壁的哪些范圍.通過這三個情境的設置，一是能加強練習光路圖的規范畫法，二是能順利過渡到影子的形成原理.

演示上述情境三中檔板形成的影子，用實驗現象去驗證影子形成的原理，更有助于學生的理解.

請學生展示有趣的手影游戲，通過做游戲的方式激發學生的學習興趣和熱情.

將擋板換成球，如圖4、5所示，接著通過實驗展示球影，并點撥提問：如果將光源換成發光的太陽，將球換成月球或地球，又會有什么現象？自然地過渡到日食和月食的形成.

2日食和月食

日食和月食現象，它不像影子一樣是隨處可見的，是比較罕見的現象，而且離大家很“遠”，但也正因為它的稀奇，會使同學們對這種現象更加感興趣.所以在進行這部分的教學設計時，首先應激起學生們的好奇心，然后如何把這種“遠在天邊”的現象拉到學生身邊去親身體驗它是教師該思考的問題.尋找日食和月食與影子的共同點，會發現日食的形成實際是因為地球的某一區域落在了月球的影子里，月食的形成實際是因為月球全部或者部分落在地球的影子里，形成原理與影子的形成原理是一樣的，都是因為光沿直線傳播.所以教師如果能從影子形成的角度過渡到日月食形成的原因，學生會更容易理解.

21設置學生活動，讓學生親身經歷日食月食的形成過程

先觀看一個簡短的視頻讓學生對天體的轉動有個直觀的認識，地球繞著太陽轉，月亮繞著地球轉，那么當三個星球轉動到同一直線上時會如何？而后請三個學生上來，一個手拿“太陽”（實際是將手電筒塞入了一個大球里）扮演太陽的角色，一個手拿“月球”（實際是一個橙子）扮演月亮的角色，一個手拿“地球”（實際為一個玩具氣球）扮演地球的角色.請這三個學生模擬三個星球運動到同一直線上時的情況.通過這三個學生的活動，相當于是讓全體學生親身參與了日月食的形成過程，將這個遠在天邊又充滿了神秘感的現象帶到了學生身邊。滿足了學生們的好奇心，激發了學生們的興趣和熱情，也使學生們能更直觀形象地理解日月食的形成實際上也是光的直線傳播.

22利用多媒體，理解幾種日食的形成原理

說到如何講解日食的形成原理，筆者一開始想到直接搬出圖6這幅圖片，對照圖片講清四個區域：本影區域、兩個半影區域、偽半影區域.但后來發現這樣的講解一方面講得過多過難，另一方面沒有順應學生的思維過程.在前面的學習過程中，學生的理解能力還停留在由點光源畫出的兩條臨界光線中，而太陽是個發光的物體，由它所畫出的臨界光線有四條.所以直接講解這幅原理圖是不妥的，教師應順應學生的思維發展過程，慢慢由兩條光線過渡到四條光線.

設計一：根據光沿直線傳播的原理，由太陽的邊緣畫出兩條臨界光線，人眼在圖7所示的區域時，所有的光都被擋住了，所以在這個區域看不到整個太陽，形成日全食.

設計二：將人眼移至圖8所示的區域，根據光由直線傳播的原理畫出如圖8所示的光路圖，由這個光路圖，學生可以清晰地認識到黑影部分的光是被擋住了的，所以看不到下面這部分太陽，看到的是日偏食.再由圖8過渡到圖9，進一步講解了能看到日偏食的區域范圍.

設計三：有了設計二這部分的教學，當教師將圖片過渡圖10和圖11時，學生已經能自發地理解這是另一個能看到日偏食的區域.

設計四：教師進行點撥提問：如果地球離月球比較遠，剛好轉至如圖12所示的位置時，那么根據前面所學的知識，人眼在圖示的位置又將能看到什么現象呢？由光沿直線傳播的原理畫出圖示的光路，學生很輕易地就得出了在此區域只能看到太陽的邊緣，也就是所說的日環食.在這整個設計過程中，回避了地理知識，至始至終只是在強調一個知識點，那就是光沿直線傳播.

3小孔成像

回歸到形成影子時的擋板，引出一個問題：如果擋板上有個小孔，會有什么現象？如果是點光源照向小孔會有什么現象？如果將點光源換成發光的燭焰又會有什么現象？隨著問題的一步步深入，由圖13到圖15，這塊多變的擋板將問題由影子的形成很自然地過渡到了小孔成像.而且這些問題和情境的設置會引發學生們強烈的好奇心和求知欲望.

31通過小孔成像的實驗，讓學生觀察現象，總結成像特點

小孔成像的實驗是比較容易成功的，所以通過實驗現象讓學生總結成像特點會更簡單，更形象，也更能說明問題.像的正倒，大小和虛實都可以通過實驗現象展示出來.

32由現象回歸到原理

上述圖14中已明了由于光沿直線傳播，點光源通過小孔后在對面光屏上會有一個亮斑.把發光的燭焰看成是由無數個點組成的，為了讓學生更好地理解成像原理，可以先分析燭焰最上面和最下面兩個點的成像情況.從原理圖16中不難

看出上面的點在光屏的下方形成一亮斑，下面的點在光屏的上方形成一亮斑.這就很巧妙地解釋了為什么是倒立的像.而后再分析燭焰上每個點都會對應有一個亮斑在光屏上，無數個亮斑組合在一起就構成了一個倒立的燭焰的像.

幾塊普通的擋板，擋在光源前會看到影子的形成；如果將擋板變成球體，又能模擬出日月食的現象；在擋板上鉆一小孔，還能看到令人意想不到的小孔成像現象.這些不起眼的擋板在本堂課中發揮了神奇的作用.而擋板在生活中又是極為常見的器材，更是將物理貼近了生活，還有什么比從生活中取材實驗更能讓學生驚喜和驚奇的呢？除了擋板外，其它的實驗器材都不是高擋貴重的器材，全都是生活中常見又經濟的東西，比如用來模擬三個天體的球體分別是燈罩、橙子和玩具球.這樣能讓學生深刻體會到其實物理實驗就在我們身邊，所有的東西中都蘊含有物理知識，激發學生隨時隨地學物理.